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Journée CNRS - GAT12 - 20 Janvier 2005 1 La dynamique de la filière Hydrogène Energie 1. La dynamique technico-économique 2. La dynamique européenne et.

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1 Journée CNRS - GAT Janvier La dynamique de la filière Hydrogène Energie 1. La dynamique technico-économique 2. La dynamique européenne et internationale Jean-Marc Agator CEA-DRT

2 Journée CNRS - GAT Janvier La filière Hydrogène Conversion (combustion,électrochimie) Utilisation/Application (chaleur, électricité) Production Transport Stockage Distribution Pile à combustible Moteurs Turbines

3 Journée CNRS - GAT Janvier Lassociation Hydrogène et Pile à combustible Economies dénergie Rendement élevé (R élec > 40%) Réduction des émissions locales, des émissions de CO 2 Leau est le seul rejet si H 2 pur Faibles émissions sonores Diversification énergétique La PAC nest pas liée à une source dénergie primaire Construction modulaire Chaleur Eau Electricité

4 Journée CNRS - GAT Janvier … Les PAC sont candidates sur plusieurs grands marchés : - Transports - Applications stationnaires (électricité, chaleur) - Applications portables Lassociation Hydrogène et Pile à combustible

5 Journée CNRS - GAT Janvier Lhydrogène, vecteur énergétique de lavenir ? Un carburant qui pourrait peu à peu simposer, en particulier pour les transports (piles à combustible), pour lutter contre leffet de serre Il faut privilégier dans sa production les méthodes ne produisant pas de gaz à effet de serre Il est pratiquement inépuisable (durabilité de lapprovisionnement) Un processus long terme (échéance ) quil faut démarrer maintenant pour lever les barrières : - Comment le produire massivement ? - Comment le stocker et le distribuer (infrastructure) ? - Comment lutiliser ? Tout en réduisant les émissions de CO 2, les coûts et en maintenant les performances et la sécurité de la filière

6 Journée CNRS - GAT Janvier Coût de lhydrogène délivré à la pompe Le transport dH2 et sa distribution en station-service ont un impact fort sur le coût final à la pompe (facteur 3 à 5) Projet HyWays (HyFrance) Roadmap européenne technico et socio-économique de l'hydrogène énergie (en cours) Essence hors taxes Objectif 2010 du DOE (via SMR) Chaque solution doit être étudiée du puits à la roue ou de la source à lutilisation sur lensemble des critères

7 Journée CNRS - GAT Janvier HyWays/HyFrance : développement de la "roadmap" de lhydrogène énergie 1 ère phase (18 mois) : D F GR I N NL Projet HyFrance ( 01/04/2004 : 18 mois) Application française des méthodes et outils de HyWays : élaboration des données françaises nécessaires à HyWays expertise des méthodes et outils de HyWays expertise et exploitation des résultats français de HyWays Coordinateur de HyFrance et point de contact national de HyWays : CEA 14 partenaires français du CEA : Industriels Ministères (Industrie, Recherche) Organismes de recherche publique Associations Roadmap française Projet Européen HyWays ( 01/04/2004 : 36 mois) Analyse quantitative détaillée des conditions nécessaires pour introduire l'hydrogène énergie d'ici 2050 en Europe, en sappuyant sur les situations nationales : chaînes de l'hydrogène, de la source à l'utilisation (transports, stationnaire) scénarios de pénétration des technologies de l'hydrogène (haut, bas) analyse des systèmes énergétiques (modèle Markal) impacts sectoriels, analyse macro- économique (équilibre général) Synthèse : roadmap européenne Recherche du consensus entre les 33 partenaires du consortium : Industriels (automobile, énergie, gaz industriels…) Organismes de recherche publique États membres

8 Journée CNRS - GAT Janvier Production dhydrogène Le défi énergétique Pour la production massive dhydrogène, il faut privilégier les procédés à haute température permettant daugmenter le rendement Source à Haute Température : nucléaire, solaire, géothermie Electrolyse à basse température Rendement énergie primaire : % Electrolyse à haute température Gain de 10 à 30 % Cycles thermochimiques Rendements espérés : 50 % / énergie primaire (chaleur)

9 Journée CNRS - GAT Janvier Lamélioration du transport de lhydrogène passe par le stockage SolideLiquideGazeux Cahier des charges des constructeurs automobiles : stocker environ 5 kg dH2 pour une autonomie de 500 km Capacité massique de stockage > 5 % (> 1.5 kWh/kg) Capacité volumique de stockage > 36 kg H2 /m 3 (>1.2 kWh/L)

10 Journée CNRS - GAT Janvier Stockage dhydrogène Volumetric Energy Density MJ/l Gravimetric Energy Density MJ/kg LH2 SysWt% 4.2 CGH2 SysWt% bar Advanced LH2 Tank SysWt% 8.2 HT+ MT- Metal Hydrides SysWt% LT- Metal Hydride SysWt% DOE-Goal 2015: SysWt% 9. Performances des technologies actuelles par rapport à lobjectif 2015 du DOE Gasoline Besoins de R&D pour améliorer la capacité des réservoirs et baisser leur coût de fabrication (objectif système de stockage 2015 : 60 /kg)

11 Journée CNRS - GAT Janvier Technologies PEMFC et SOFC Deux filières jugées prometteuses PEMFC (pile à membrane échangeuse de protons) T ~ 80 °C cellules et stacks disponibles ex : Ballard, Plug Power… SOFC (pile à oxyde solide) T > 700 °C piles tubulaires opérationnelles, piles planaires prototypes ex : Siemens Westinghouse, Sulzer Hexis… Elles offrent le meilleur potentiel pour leur densité de puissance (compacité) et leur simplicité de mise en œuvre Electrolyte Polymère SolidePlaquebipolaire H2H2H2H2 O 2 (air) Anode Cathode H+H+H+H+ Collecteur de courant de courant ½ O 2 + 2H + + 2e- H 2 O H 2 2H + + 2e- e-

12 Journée CNRS - GAT Janvier Les grands défis technico-économiques de la PAC Stationnaire Portable Transport Coût, durabilité, fiabilité, intégration, sûreté, plus-value Situation actuelle : Coût de la PAC ~ /kW et durée de vie système en conditions réelles dutilisation : 500 à 2000 h Les défis - Endurance ( h) - Coût visé : < /kW - Infrastructure, stockage H2 - Endurance (5 000 h véhicule particulier) - Coût visé : < 200 /kW (transport urbain) 250 /kW APU (voiture de luxe) 50 /kW (véhicule particulier) - Infrastructure, stockage H2 - Coût visé (0,5 /Wh) - Miniaturisation

13 Journée CNRS - GAT Janvier Panorama en France Public research organisations CEA, CNRS, IFP, INRETS, INERIS, CSTB, UTBM, Universities, Fuel cell makers System Integration System Integration Axane, Helion, SNECMA Materials and components SNPE-SME Saint-Gobain, Ullit, Composites Aquitaine Energy suppliers Energy services EDF, Dalkia, Alstom, Areva Fuel processor makers N-GHY, CETH Oil companies Gas suppliers Air Liquide, GDF, Total End Users Renault, PSA, Irisbus, Valeo Schneider, Thales Governmental entities Ministries, Ademe Europe FP6 European Hydrogen Platform International IPHE IEA

14 Journée CNRS - GAT Janvier Hydrogène et Piles à combustible en Europe - FP 5 ( ) : 145 M - FP 6 ( ) : 100 M (50M/an) plate-forme européenne : Total Europe : M/an Aides publiques comparées : création dun High Level Group - Juin 2003 : rapport sur la vision européenne H2&PAC/conférence Bruxelles - Décembre 2003 : initiative de croissance européenne (projets phares) - Janvier 2004 : lancement de la plate-forme européenne H2&PAC (vision commune partagée, stratégie cohérente) - Quick start program : 2.8 Milliards sur 10 ans ( )

15 Journée CNRS - GAT Janvier La plate-forme européenne

16 Journée CNRS - GAT Janvier La vision européenne market entry portable market entry transport (fleets) market entry stationary

17 Journée CNRS - GAT Janvier Panorama 2004 de linvestissement R&D public/privé et de la collaboration internationale


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